A propos du test de court-circuit des batteries lithium-ion - Partie 1

A propos du test de court-circuit des batteries lithium-ion - Partie 1

Le court-circuit externe fait généralement référence à un court-circuit causé par un contact direct entre les électrodes positives et négatives d'une batterie. Le court-circuit externe (ESC) peut provoquer une augmentation de la température et, s'il dure suffisamment longtemps, il peut endommager la batterie.

1 Test

la batterie 18650 NCM a été utilisée pour le test

Dans le premier test, la température ambiante de la batterie a été fixée à 25 ℃, et les variables étaient différents SOC.

Le processus complet de court-circuit externe de la batterie est divisé en deux étapes en fonction du changement de courant :

(1) La première étape : l'étape de l'augmentation rapide. Le courant augmente rapidement jusqu'à son maximum, tandis que la tension chute à un faible niveau ;

(2) Deuxième étape : Phase de courant continu. Le courant diminue plus rapidement, puis un plateau de courant apparaît. Le plateau de courant est maintenu pendant un certain temps, le courant diminue rapidement jusqu'à zéro. La tendance des changements de tension est la même, avec un plateau de tension apparaissant lorsqu'elle tombe à environ 1V, et après un certain temps, la tension tombe rapidement à zéro.

Le temps nécessaire à l'autoprotection de la batterie est défini comme le temps critique.

Résumez les phénomènes testés comme suit :

Pendant la phase de montée rapide, à l'exception de l'état de charge de 10 %, le courant des batteries restantes dans d'autres états de charge augmente jusqu'à 60-80 A en environ 0,1 seconde, ce qui équivaut à une décharge dans la plage de 30-40 C. Pendant la phase de montée rapide, la tension des batteries dans tous les états de charge chute de 4,2 V à environ 1,0 V en approximativement 0,1 seconde.

Pendant la phase de courant soutenu, plus l'état de charge de la plate-forme de batterie est élevé, plus le courant est élevé, mais plus la durée est courte.

Pendant la phase de courant élevé soutenu, plus le SOC est élevé, plus la durée du plateau de tension de la batterie est courte. Après que la tension soit tombée à zéro et qu'on l'ait laissée reposer pendant 80 à 100 secondes, il y aura une remontée de la tension.

Dans le troisième test, la température de l'environnement de la batterie était fixe, le SOC était fixé à 20 %, 50 % et 80 %, et les variables étaient différentes durées de court-circuit externe. Les données de l'essai sont présentées dans la figure suivante, et le temps nécessaire à l'autoprotection de la batterie est défini comme le temps critique. Résumons les phénomènes testés comme suit :

Les batteries à faible SOC ont un point de temps critique plus important pendant les courts-circuits externes.

Après un court-circuit externe, la capacité de la batterie a diminué.

Les conclusions que nous pouvons tirer de ces trois tests sont les suivantes :

En supposant qu'aucune fuite ne se produise après un court-circuit à l'extérieur de la batterie lithium-ion

(1) À la même température, plus le SOC d'une batterie est élevé, plus la valeur de crête du courant de court-circuit est élevée pendant la phase d'augmentation au moment du court-circuit externe (niveau de 0,1 s) ; plus le plateau de courant est élevé pendant la phase de courant soutenu, plus le temps critique est court.

(2) À la même température, au moment du court-circuit externe (niveau 0,1 s), la tension de court-circuit chute jusqu'à une certaine valeur, et la différence de tension entre les batteries ayant un SOC différent après la chute n'est pas significative.

(3) À la même température, les piles avec un SOC plus élevé libèrent moins de capacité pendant les courts-circuits externes.

(4) Pour un même SOC, plus la température est élevée, plus le temps critique pour un court-circuit externe de la batterie est court ; lorsque le SOC est élevé, le temps critique de la batterie change moins à différentes températures.

(5) Pour un même SOC, plus la température est élevée, plus la valeur du plateau de courant soutenu est importante.

(6) Pour un même SOC, plus la température est élevée, plus la capacité de décharge est faible pendant le temps critique après un court-circuit externe de la batterie. Après un court-circuit externe, la capacité de la batterie diminue légèrement.

Pendant le processus de court-circuit externe, si la batterie fuit (en raison de la défaillance des matériaux internes et de l'apparition de réactions thermiques)

(1) Les batteries dont la température ambiante et le SOC sont plus élevés sont plus sujettes aux fuites lors des courts-circuits externes.

(2) Après la fuite, la valeur du plateau de courant de la batterie diminue, la température de pointe de l'augmentation de température augmente et la capacité libérée diminue.

2 Analyse

En analysant les phénomènes testés et les conclusions, nous construisons un modèle de court-circuit externe pour les batteries lithium-ion (le contenu suivant est une spéculation de l'auteur, non prouvée par des tests, à lire avec précaution)

Le court-circuit externe des batteries lithium-ion est illustré dans la figure suivante : utilisez un fil d'une résistance de m Ω pour relier les bornes positive et négative de la batterie.

Le principe est qu'il n'y a pas de fuite pendant le court-circuit externe des batteries lithium-ion. Comme le montre la figure ci-dessous, les réactions internes des batteries à SOC élevé pendant le processus de court-circuit externe sont divisées en trois étapes.

La première étape est qu'au moment où le fil externe entre en contact avec les électrodes positives et négatives, les ions Li sur la surface de l'électrode terminent rapidement le processus d'extraction et d'insertion.

En raison de l'accumulation d'une grande quantité de charges négatives sur l'électrode positive après la connexion du fil externe, le potentiel de l'électrode positive diminue ; de même, le potentiel de l'électrode négative augmente en raison de l'accumulation d'une grande quantité de charges positives, ce qui est un phénomène de polarisation (les lecteurs qui ne comprennent pas bien la polarisation peuvent se référer à l'article précédent de l'auteur - Batterie au lithium-ion - Batterie au lithium-ion - La tension de test à la fin de la décharge est V1, et après un certain temps d'attente, la tension est mesurée à nouveau en tant que V2. Pourquoi V2 est-elle supérieure à V1 ?)

La polarisation se manifeste macroscopiquement par une augmentation rapide de la tension. Les étapes de contrôle de la vitesse de cette étape sont la vitesse de réaction électrochimique et la vitesse de diffusion. Le court-circuit externe des batteries lithium-ion est illustré dans la figure suivante : utilisez des fils d'une résistance de m Ω pour relier les pôles positif et négatif de la batterie.